2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律（重难点专练）物理人教版必修第一册

**基本信息** 以实验原理-数据处理-创新方案为逻辑主线，系统提炼实验操作规范、数据处理方法及现代技术应用，培养科学探究与科学思维能力。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |实验基本原理与操作|5题|平均速度近似瞬时速度、v-t图像分析；器材选择与操作步骤规范|从实验原理（运动观念）到操作实践，构建实验基础认知| |实验数据处理与分析|5题|纸带选取与测量、瞬时速度计算（中间时刻法）、v-t图像绘制与误差分析|数据处理流程（科学推理）衔接原理应用，形成完整实验链条| |实验创新方案|5题|DIS系统（光电门/位移传感器）、频闪照相法；挡光片宽度与测量精度关系|传统实验与现代技术融合（模型建构），拓展探究能力边界|

可学科网·上好课 www.zxxk.com 上好每一堂课 2.1实验：探究小车速度随时间变化的规律（题型突破） 题型01实验基本原理与操作 1.【答案】 秒表刻度尺 BCE 2.【答案】(1)B(2)乙(3)D 3.【答案】 A;E; FBCAEG: 4.【答案】(1) 交流 220 0.02 (2)BD (3) 加速 0.25 5.【答案】 DA 0.41 1题型02 实验数据处理与分析 Av/m.s-1 6.【答案】(1)2.07 (2) (3)1.85 0.10.20.30.40.57 v/m.s 7.【答案】(10.995 (2) (3)1.98 0.10.2 0.3 0.4 0.5 0.6±1s 1/3 可学科网·上好课 www .zxxk.com 上好每一堂课 /(m's-) 0.3 02 8.【答案】(1) (2) 0.40 (3)不受影响 0.1 d6-d4 10T 00.10.20.30.40.50.6ts 9.【答案】(1)C(2)A (3)BDCA (4) 减速 0.995 v/m.s 15 (5) 1.98 0.5 →ts 0 0.1 0.20.30.40.50. (m·s 06 0. 0.4 10.【答案】(1)A (2)A(3) (4)0.3 (5) 0.2 0.53 0.10.20.30.40.50.6s 0.42 题型03实验创新方案 11.【答案】 发射器 接收器 光电门 挡光时间 挡光片宽度 越小 同一位置 挡光片的一端到达光电门的速度相同 0.04m 0.85 d 12.【答案】(1)窄 27 公为 13.【答案】 位移 信号发射 1.25 光电门 挡光片通过光电门的时间 针过细，无 法全部挡住光电门发出的光束，致使时间测量不准确 14.【答案】(1)加速(2) 3)窄 2/3 可学科网·上好课 www .zxxk.com 上好每一堂课 v/(m.s) 2.0 1.5 15.【答案】 0.40 1.0 9.67 偏小 0.5 0 0.040.080.120.16ts 3/3 2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律（题型突破） 题型01 实验基本原理与操作 题型02 实验数据处理与分析 题型03 实验创新方案 ▌题型01 实验基本原理与操作 1.实验原理 (1)利用纸带计算瞬时速度：以纸带上某点为中间时刻取一小段位移，用这段位移的平均速度表示这点的瞬时速度。 (2)用v－t图像表示小车的运动情况：以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，用描点法画出小车的v－t图像，图线的倾斜程度表示加速度的大小，如果v－t图像是一条倾斜的直线，说明小车的速度是均匀变化的。 2.实验器材 打点计时器、学生电源、复写纸、纸带、导线、一端带有滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、刻度尺、坐标纸。 3.实验步骤 (1)如图所示，把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。 (2)把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的槽码，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行，然后把纸带穿过打点计时器，并把纸带的另一端固定在小车后面。 (3)把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列小点。 (4)换上新纸带，重复实验两次。 (5)增减所挂槽码，按以上步骤再做两次实验。 1．(1)在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，给你以下器材：电磁打点计时器、低压交流电源、纸带、复写纸、小车、钩码、细绳、秒表、一端附有定滑轮的长木板．其中不需要____________________的器材是，还需要增添的器材有___________. (2)关于“探究小车速度随时间变化的规律”这一实验，下列说法正确的是     ． A．长木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低 B．在释放小车前，小车应靠近打点计时器 C．应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车 D．打点计时器应接在低压直流电源上 E．小车运动时要保持纸带与打点计时器平面、木板平行 F．作 v－­t 图象时，应先描点后连线，并且要把描出的所有点都连接起来 2．如图所示的实验装置可完成以下实验，若用图中的实验装置开展“探究小车速度随时间变化规律”实验。 (1)下列有关本实验的要求和做法，正确的是 ； A．先释放小车，再接通电源 B．调节滑轮的高度，使细线与长木板平行 C．实验时长木板必须保持水平放置 (2)安装纸带时，有同学采用了如图甲、乙两种穿法，其中操作正确的是___________（选填“甲”或“乙”）； (3)图中的打点计时器应接在 。 A．8V直流电压 B．8V交流电压 C．220V直流电压 D．220V交流电压 3．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，利用打点计时器在纸带上打的点记录小车的运动情况．某同学做此实验时步骤如下： A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，放开纸袋，再接通电源. B．将打点计时器固定在长木板上，并接好电路. C．把一条绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上适当的钩码． D．将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做匀速运动． E.小车停止运动后，直接取下纸带. F.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔． G.换上新纸带，重复操作三次，然后从所有纸带中选． 取一条点迹清晰的进行数据处理.其中错误或遗漏的步骤有： （1）________； （2）________. 将以上步骤完善后选取必要的步骤按合理的顺序填写在横线上：_____. 4．(1)常用的打点计时器有电磁式和电火花式两种，它们都必须使用________（填“直流”或“交流”）电源才能工作，电火花打点计时器的工作电压为________V；如果使用的电源频率为50Hz，则打相邻两点的时间间隔为________s。 (2)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列做法正确的是_____ A．先使纸带运动，再接通电源 B．先接通电源，再使纸带运动 C．将接好纸带的小车停在靠近滑轮处 D．将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处 (3)某次实验打点计时器使用的交流电的频率为50Hz，纸带的记录如图所示，图中O点为纸带的第一个点，接下来的前几个点模糊，因此从A点开始每打五个点取一个计数点． ①推测纸带的运动是_______运动；（填“加速”或“减速”或“匀速”） ②B点的瞬时速度为__________。（结果保留两位有效数字） 5．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中： （1）除打点计时器（含纸带、复写纸）、小车、一端附有滑轮的长木板、细线、钩码、导线及开关外，在下面的仪器和器材中，必须使用的有( ) A．天平        B．电压可调的直流电源            C．秒表        D．电压合适的50Hz交流电源 （2）实验过程中，下列做法正确的是( ) A．先接通电源，再使纸带运动 B．先使纸带运动，再接通电源 C．将接好纸带的小车停在靠近滑轮处 D．将接好纸带的小车停在距离滑轮和打点计时器相等的位置 （3）如图所示为一次实验得到的一条纸带，纸带上每相邻的两个计数点间都有4个点未画出，按时间顺序取0、1、2、3、4、5、6共7个计数点，测出1~6各点到O的距离．如图所示（单位：cm）由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度大小________m/s. ▌题型02 实验数据处理与分析 一、实验数据处理 1.纸带的选取与测量 (1)在三条纸带中选择一条点迹最清晰的纸带。 (2)为了便于测量，一般舍掉开头一些过于密集的点迹，找一个适当的点作计时起点(0点)。 (3)每5个点(相隔0.1 s)取1个计数点进行测量(如图所示，相邻两点中间还有4个点未画出)。 (4)采集数据的方法：不要直接去测量两个计数点间的距离，而是要量出各个计数点到计时零点的距离d1、d2、d3…然后再算出相邻的两个计数点的距离x1＝d1；x2＝d2－d1；x3＝d3－d2；x4＝d4－d3… 2.瞬时速度的计算 (1)瞬时速度的求解方法：时间间隔很短时，可用某段时间的平均速度表示这段时间内中间时刻的瞬时速度，即vn＝。例如，图中计数点4的瞬时速度v4＝。 (2)设计表格并记录相关数据。 3.画出小车的v－t图像 (1)定标度：坐标轴的标度选取要合理，应使图像大致分布在坐标平面中央。 (2)描点：描点时要用平行于两坐标轴的虚线标明该点的位置坐标。(所描的点一般用“·”标明) (3)连线：用一条平滑的曲线或直线“拟合”这些点。 仔细观察所描各点的分布情况。用一条直线“拟合”这些点，即让所画的直线连接尽可能多的点，不能连接的点应均匀分布在直线两侧，舍弃离直线较远的点。 4.分析实验结果，得出实验结论 如果画出的v－t图像是一条倾斜的直线，说明小车做速度均匀变化的直线运动。图像和纵坐标轴的交点表示开始计时时小车的速度——初速度。 二、误差分析 1.木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀。 2.根据纸带测量的位移有误差，从而计算出的瞬时速度有误差。 3.作v－t图像时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差。 6．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图所示为记录小车运动情况的纸带。图1中A、B、C、D、E为依次相邻的计数点，每相邻计数点之间的时间间隔为0.10s。 (1)根据数据计算可得，已算出小车经B、C两点的速度大小为：vB=1.70m/s，vC=1.89m/s ，请计算D点的速度vD=_______m/s ； (2)请在坐标中作出小车运动的v-t图像； (3)小车运动的加速度大小为_______m/s2。（结果要求均保留三位有效数字） 7．一条如图所示的纸带，纸带上的数字为相邻两个计数点间的距离，相邻两计数点间还有4个点没有画出，打点计时器的电源频率为50Hz。根据纸带上的数据（单位cm），计算打下A、B、C、D、E点的瞬时速度并填在表中。 位置 A B C D E v（m/s） 0.605 0.810 1.175 1.390 (1)C点的瞬时速度为__________m/s； (2)在答题纸的坐标纸中描出C点的位置并画出小车的v-t图像______； (3)根据图像求得小车的加速度为_________m/s2。（保留三位有效数字） 8．在探究速度随时间的变化规律的实验时，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带，如图所示，并在其中取了A、B、C、D、E、F、G连续的7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，电火花计时器接220V、50Hz的交流电源。 (1)设电火花计时器的周期为T，计算F点对应的瞬时速度的表达式为______。 (2)他经过测量并计算得到电火花计时器在打B、C、D、E、F各点时物体的瞬时速度，并填入了下表中。以A点对应的时刻为时刻，在坐标系中合理选择标度，作出图像_______，并利用该图像求出物体的加速度______（保留两位有效数字）。 对应点 B C D E F 速度/（） 0.141 0.180 0.218 0.262 0.301 (3)如果当时电网中交变电流的电压变成210V，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值______（选填“受影响”或“不受影响”）。 9．打点计时器是高中物理实验中常用的实验器材，请你完成下列有关问题： (1)如图甲、乙是两种打点计时器，电源频率均为50Hz，下列说法正确的是 ； A．甲为电磁式打点计时器，乙为电火花式打点计时器 B．甲使用电源为220V交流，乙使用4～6V直流 C．甲的打点间隔为0.02s，乙的打点间隔也为0.02s (2)①从纸带上直接得到的物理量②从纸带上测量得到的物理量③通过计算能得到的物理量，以上①②③三个物理量分别是 ； A．时间间隔、位移、平均速度 B．时间间隔、瞬时速度、位移 C．位移、时间间隔、加速度 (3)利用打点计时器测量纸带的速度，基本步骤如下： A．当纸带完全通过计时器后，及时关闭开关 B．将纸带从墨粉纸盘下面穿过电火花计时器 C．用手拖动纸带运动 D．接通打点计时器开关 上述步骤正确的顺序是 。（按顺序填写编号） (4)如下图所示的纸带是某同学练习使用电火花计时器时得到的，纸带的右端先通过电火花计时器，纸带上的数字为相邻两个计数点间的距离（单位：cm），相邻两个计数点间还有4个点没有画出，打点计时器的电源频率为50Hz。从点迹的分布情况可以断定纸带的速度变化情况是__________（选填“加速”或“减速”）。 根据纸带上的数据，可以计算出纸带上的C瞬时速度是__________m/s。（计算结果保留三位有效数字） (5)在答题纸的坐标纸中描出C点的位置并画出小车的v-t图像__________，根据图像求得小车的加速度为__________；（保留三位有效数字） 10．某同学在做“测量直线运动物体的瞬时速度”的实验中，从打下的若干纸带中选出了如图所示的一条纸带，已知电火花打点计时器使用的电源频率为，每两个相邻计数点间有四个点没有画出，各计数点到0点的距离如纸带上所示。 (1)为了达到实验的目的，除了有打点计时器、纸带、小车、细绳、导线、低压交流电源、小木块、长木板外，还需要的仪器有（     ） A．刻度尺 B．铁架台 C．秒表 D．天平 (2)可以从打点计时器打出的纸带上直接测量得到的物理量是______（选填正确的答案标号）； A．位移 B．速度 C．加速度 D．平均速度 (3)根据纸带提供的信息，小华同学已经计算出了打下1、2、3、5、6这五个计数点时小车的速度，请你帮助他计算出打下计数点5时小车的速度______（结果保留2位有效数字）； (4)以速度ⅴ为纵轴、时间t为横轴在坐标纸上建立直角坐标系，根据表中的v、t数据，在坐标系中描点，并作出小车运动的图像： 计数点 1 2 3 4 5 6 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.36 0.44 0.44 0.49 0.57 (5)根据v-t图像可知，小车运动的加速度大小为______（结果保留2位有效数字）。 ▌题型03 实验创新方案 1.两种常用 DIS 测速方案 (1)方案①：光电门 + 挡光片：挡光片通过光电门，DIS 记录挡光时间，瞬时速度用平均速度近似 ，为挡光片宽度。 (2)方案②：位移传感器（发射端固定小车，接收端固定轨道一端）：DIS 连续采集位移、时间，软件自动生成、图像。 (3)解题关键点：挡光片越窄，越接近光电门位置真实瞬时速度。 2.频闪照相测小车速度 (1)频闪照相机：每隔固定时间拍摄一次物体位置，频闪周期为相邻两张照片的时间间隔。 (2)瞬时速度求解：用相邻两段位移的平均速度表示某一时刻瞬时速度 。 (3)解题关键点：频闪周期由频闪频率决定：。 11．DIS实验系统广泛应用于物理、化学、生物等学科的实验教学中，特别是在需要精确测量和数据分析的实验中更具优势。例如，在物理学科中，DIS实验系统可以用于测量物体的位移、速度、加速度等运动学参数，以及力、压力、温度等力学和热力学参数。 1. 某实验小组正在做“测量做直线运动物体的瞬时速度”和“用DIS测定运动物体的位移和速度” （1）在“用DIS测定运动物体的位移和速度”的实验中，还常用位移传感器，它是由_______和_______两部分组成。 （2）在做“测量做直线运动物体的瞬时速度”的实验过程中，用如图所示的实验装置中所用传感器的名称叫________传感器，可以测量________。实验时还需要将________输入计算机，最终获得物体的速度。 （3）该实验中选择不同宽度的挡光片，由宽变窄逐次实验，挡光片越窄，测得的平均速度________（选填“越大”或“越小”或“不变”），每次实验中应使小车从轨道的________由静止释放。其理由是保证小车________________，从而比较不同宽度挡光片测得的平均速度的差别。 （4）采用不同宽度的遮光片做了三次实验，研究小车经过光电门的瞬时速度，并对测量精确度加以比较。 次数 挡光时间内的位移 通过光电门的时间 平均速度 1 0.06 0.0692 2 A 0.0469 3 0.02 0.837 由上述表格可知，A=________，挡光片前缘经过光电门时小车的瞬时速度为________m/s。（均保留到小数点后两位） 12．光电计时器是一种常用的计时仪器，其结构如图所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当带有挡光片的小车从a、b间通过时，光电计时器就可以显示挡光片的挡光时间。一辆小车带有宽度为d的挡光片，小车做直线运动，先后通过第一个光电门和第二个光电门，光电计时器记录下的挡光时间分别为，且，挡光片从第一个光电门运动到第二个光电门的时间为。 (1)若将小车通过光电门的平均速度视为小车的瞬时速度，则挡光片___________（填“宽”或“窄”）一些更好。 (2)小车通过第一个光电门的平均速度大小为___________。 (3)若将小车通过光电门的平均速度视为小车的瞬时速度，则根据（2）中结果可得，在小车从第一个光电门到第二个光电门的过程中，小车的平均加速度大小为___________。 13．（1）下图（a）是用DIS测定小车起动时加速度的实验装置。 ①信号发射部分和信号接收部分组成了___________传感器，A应是信号___________部分。 ②图（b）是根据实验数据得到的速度-时间图像，据图像中数据可求出小车加速度的大小为___________。 （2）某学习小组利用如图装置可测量滑块通过某位置时的瞬时速度大小，装置用到的是___________传感器，实验中除了需要测量挡光片的宽度外，还需要获得的数据有：___________。某同学想提高测量的精度，就用一根细细的针代替原来的挡光片，结果实验结果并不理想，你认为可能的原因是：___________。 14．某实验小组为测量滑块的加速度大小，设计了如下实验： ①如图所示，把两个完全相同的光电门A和B安装在气垫导轨上； ②滑块上安装一宽度为的遮光条，滑块沿倾斜导轨先后通过光电门A、B，配套的数字计时器记录了遮光条通过光电门A的时间为，通过光电门B的时间为，遮光条从开始遮住光电门A到开始遮住光电门B所经历的时间为，已知，且。 (1)滑块沿倾斜导轨做________（选填“加速”“减速”或“匀速”）直线运动。 (2)滑块通过光电门A时的速度大小________，滑块从光电门A运动至光电门B的平均加速度大小________（均用题目中给定的物理量符号表示） (3)为减小实验误差，应选择宽度较________（选填“宽”或“窄”）的遮光条进行实验。 15．频闪摄影是研究变速运动常用的实验手段。在暗室中，照相机的快门处于常开状态，频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动的物体，于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置，它们到初始点的实际距离经过比例测算已经在图上标出，长度单位为，如图甲所示。已知频闪仪每隔0.04s闪光一次，某次闪光时小球刚好释放。    （1）根据运动学规律可计算各个位置的速度，得到如下表格，0.04s时刻小球的速度为________。 时刻 0 0.04 0.08 0.12 0.16 速度 0 0.79 1.16 1.56 （2）根据表格数据，在图乙中绘出小球下落的图像_________。 （3）根据所描绘的图像，可得小球下落的加速度大小为_________（保留三位有效数字）。 （4）若频闪仪实际闪光的时间间隔小于0.04s，测得小球下落的加速度大小比真实值________（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律（题型突破） 题型01 实验基本原理与操作 题型02 实验数据处理与分析 题型03 实验创新方案 ▌题型01 实验基本原理与操作 1.实验原理 (1)利用纸带计算瞬时速度：以纸带上某点为中间时刻取一小段位移，用这段位移的平均速度表示这点的瞬时速度。 (2)用v－t图像表示小车的运动情况：以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，用描点法画出小车的v－t图像，图线的倾斜程度表示加速度的大小，如果v－t图像是一条倾斜的直线，说明小车的速度是均匀变化的。 2.实验器材 打点计时器、学生电源、复写纸、纸带、导线、一端带有滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、刻度尺、坐标纸。 3.实验步骤 (1)如图所示，把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。 (2)把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的槽码，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行，然后把纸带穿过打点计时器，并把纸带的另一端固定在小车后面。 (3)把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列小点。 (4)换上新纸带，重复实验两次。 (5)增减所挂槽码，按以上步骤再做两次实验。 1．(1)在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，给你以下器材：电磁打点计时器、低压交流电源、纸带、复写纸、小车、钩码、细绳、秒表、一端附有定滑轮的长木板．其中不需要____________________的器材是，还需要增添的器材有___________. (2)关于“探究小车速度随时间变化的规律”这一实验，下列说法正确的是     ． A．长木板不能侧向倾斜，也不能一端高一端低 B．在释放小车前，小车应靠近打点计时器 C．应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车 D．打点计时器应接在低压直流电源上 E．小车运动时要保持纸带与打点计时器平面、木板平行 F．作 v－­t 图象时，应先描点后连线，并且要把描出的所有点都连接起来 【答案】 秒表   刻度尺 BCE 【分析】探究小车速度随时间变化的关系的实验，所需的实验器材应该从实验的过程和步骤去考虑；正确解答本题需要掌握：打点计时器的使用以及简单构造等，明确《探究小车速度随时间变化的规律》实验中一些简单操作细节等． 【详解】（1）打点计时器记录了小车运动时间，因此不需要停表；在本实验中需要测量长度，因此需要刻度尺． （2）A．长木板不能侧向倾斜，但是可以一端高一端低，以便平衡摩擦力，故A错误； B．在释放小车前，小车应尽量靠近打点计时器，以能在纸带上打出更多的点，有利于实验数据的处理和误差的减小，故B正确； C．实验中为了在纸带上打出更多的点，为了打点的稳定，具体操作中要求先启动打点计时器然后释放小车，故C正确； D．打点计时器应接在低压交流电源上，故D错误； E．小车运动时要保持纸带与打点计时器平面、木板平行，故E正确； F．作v-t图时，让尽量多的点均匀分布在图象的两边，描绘成平滑的曲线，不要求所有的点都在图象上，故F错误． 所以BCE正确，ADF错误． 【点睛】对于基本实验仪器，要会正确使用，了解其工作原理，为将来具体实验打好基础，对于实验装置和工作原理，我们不仅从理论上学习它，还要从实践上去了解它． 2．如图所示的实验装置可完成以下实验，若用图中的实验装置开展“探究小车速度随时间变化规律”实验。 (1)下列有关本实验的要求和做法，正确的是 ； A．先释放小车，再接通电源 B．调节滑轮的高度，使细线与长木板平行 C．实验时长木板必须保持水平放置 (2)安装纸带时，有同学采用了如图甲、乙两种穿法，其中操作正确的是___________（选填“甲”或“乙”）； (3)图中的打点计时器应接在 。 A．8V直流电压 B．8V交流电压 C．220V直流电压 D．220V交流电压 【答案】(1)B (2)乙 (3)D 【详解】（1）A．由于打点计时器启动瞬间打点不稳定，因此实验时，要先接通电源，再释放小车，故A错误 B．调节滑轮使细线与长木板平行，使得小车受到的合力不变，故B正确； C．该实验中，长木板无需水平，只要小车做匀变速运动即可，故C错误。 故选B。 （2）纸带应穿过打点计时器的限位孔，压在墨粉纸盘下面，操作正确的是乙。 （3）图中的打点计时器为电火花打点计时器，它使用220V的交流电作为电源。 故选D。 3．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，利用打点计时器在纸带上打的点记录小车的运动情况．某同学做此实验时步骤如下： A．拉住纸带，将小车移至靠近打点计时器处，放开纸袋，再接通电源. B．将打点计时器固定在长木板上，并接好电路. C．把一条绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面挂上适当的钩码． D．将平板一端抬高，轻推小车，使小车能在平板上做匀速运动． E.小车停止运动后，直接取下纸带. F.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔． G.换上新纸带，重复操作三次，然后从所有纸带中选． 取一条点迹清晰的进行数据处理.其中错误或遗漏的步骤有： （1）________； （2）________. 将以上步骤完善后选取必要的步骤按合理的顺序填写在横线上：_____. 【答案】 A; E; FBCAEG; 【详解】其中错误或遗漏的步骤有：（1）A、应该先接通电源，然后再释放纸带，这样可以保持的打点的稳定以及提高纸带的利用率，尽量多在纸带上打点． （2）E、在结束后应先断开电源后取走纸带； 实验步骤要遵循先安装器材后进行实验的原则进行，要符合事物发展规律，不能丢三落四，逻辑颠倒，故正确的操作步骤为：FBCAEG． 【点睛】明确具体实验操作的物理意义，熟练使用打点计时器即可正确解答； 实验步骤一般本着先安装器材，后进行实验的思路进行，要符合事物逻辑发展的顺序，不能颠三倒四． 4．(1)常用的打点计时器有电磁式和电火花式两种，它们都必须使用________（填“直流”或“交流”）电源才能工作，电火花打点计时器的工作电压为________V；如果使用的电源频率为50Hz，则打相邻两点的时间间隔为________s。 (2)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列做法正确的是_____ A．先使纸带运动，再接通电源 B．先接通电源，再使纸带运动 C．将接好纸带的小车停在靠近滑轮处 D．将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处 (3)某次实验打点计时器使用的交流电的频率为50Hz，纸带的记录如图所示，图中O点为纸带的第一个点，接下来的前几个点模糊，因此从A点开始每打五个点取一个计数点． ①推测纸带的运动是_______运动；（填“加速”或“减速”或“匀速”） ②B点的瞬时速度为__________。（结果保留两位有效数字） 【答案】(1) 交流 220 0.02 (2)BD (3) 加速 0.25 【详解】（1）[1]电火花计时器是测量速度的仪器，必须使用交流电源； [2]电火花计时器的工作电压是220V； [3]如果使用的电源频率为50Hz，打点的时间间隔均为 （2）AB．为了更好的打点，应先接通交流电源，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，打完一条后立即关闭电源，A错误，B正确； CD．将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处，故C错误，D正确。 故选BD。 （3）①[1]由图可知，相同时间内位移越来越大，所以纸带的运动是加速运动； ②[2]B点的瞬时速度可以用AC段的平均速度表示，则有 其中，各相邻计数点间的时间间隔为 代入数据，解得 5．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中： （1）除打点计时器（含纸带、复写纸）、小车、一端附有滑轮的长木板、细线、钩码、导线及开关外，在下面的仪器和器材中，必须使用的有( ) A．天平        B．电压可调的直流电源            C．秒表        D．电压合适的50Hz交流电源 （2）实验过程中，下列做法正确的是( ) A．先接通电源，再使纸带运动 B．先使纸带运动，再接通电源 C．将接好纸带的小车停在靠近滑轮处 D．将接好纸带的小车停在距离滑轮和打点计时器相等的位置 （3）如图所示为一次实验得到的一条纸带，纸带上每相邻的两个计数点间都有4个点未画出，按时间顺序取0、1、2、3、4、5、6共7个计数点，测出1~6各点到O的距离．如图所示（单位：cm）由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度大小________m/s. 【答案】 D A 0.41 【详解】第一空.使用打点计时器时需要用电压合适的交流电源；处理纸带时需要用刻度尺，而天平与秒表均不需要，故填D. 第二空.实验操作时，用将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，再释放纸带，故填A. 第三空.根据某段时间内平均速度近似等于中间时刻的瞬时速度，则有：. ▌题型02 实验数据处理与分析 一、实验数据处理 1.纸带的选取与测量 (1)在三条纸带中选择一条点迹最清晰的纸带。 (2)为了便于测量，一般舍掉开头一些过于密集的点迹，找一个适当的点作计时起点(0点)。 (3)每5个点(相隔0.1 s)取1个计数点进行测量(如图所示，相邻两点中间还有4个点未画出)。 (4)采集数据的方法：不要直接去测量两个计数点间的距离，而是要量出各个计数点到计时零点的距离d1、d2、d3…然后再算出相邻的两个计数点的距离x1＝d1；x2＝d2－d1；x3＝d3－d2；x4＝d4－d3… 2.瞬时速度的计算 (1)瞬时速度的求解方法：时间间隔很短时，可用某段时间的平均速度表示这段时间内中间时刻的瞬时速度，即vn＝。例如，图中计数点4的瞬时速度v4＝。 (2)设计表格并记录相关数据。 3.画出小车的v－t图像 (1)定标度：坐标轴的标度选取要合理，应使图像大致分布在坐标平面中央。 (2)描点：描点时要用平行于两坐标轴的虚线标明该点的位置坐标。(所描的点一般用“·”标明) (3)连线：用一条平滑的曲线或直线“拟合”这些点。 仔细观察所描各点的分布情况。用一条直线“拟合”这些点，即让所画的直线连接尽可能多的点，不能连接的点应均匀分布在直线两侧，舍弃离直线较远的点。 4.分析实验结果，得出实验结论 如果画出的v－t图像是一条倾斜的直线，说明小车做速度均匀变化的直线运动。图像和纵坐标轴的交点表示开始计时时小车的速度——初速度。 二、误差分析 1.木板的粗糙程度不同，摩擦不均匀。 2.根据纸带测量的位移有误差，从而计算出的瞬时速度有误差。 3.作v－t图像时单位选择不合适或人为作图不准确带来误差。 6．在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，如图所示为记录小车运动情况的纸带。图1中A、B、C、D、E为依次相邻的计数点，每相邻计数点之间的时间间隔为0.10s。 (1)根据数据计算可得，已算出小车经B、C两点的速度大小为：vB=1.70m/s，vC=1.89m/s ，请计算D点的速度vD=_______m/s ； (2)请在坐标中作出小车运动的v-t图像； (3)小车运动的加速度大小为_______m/s2。（结果要求均保留三位有效数字） 【答案】(1)2.07 (2) (3)1.85 【详解】（1）D点的速度 （2）描点连线得到速度-时间图象如图所示： （3）由于速度-时间图象的斜率表示加速度，所以 7．一条如图所示的纸带，纸带上的数字为相邻两个计数点间的距离，相邻两计数点间还有4个点没有画出，打点计时器的电源频率为50Hz。根据纸带上的数据（单位cm），计算打下A、B、C、D、E点的瞬时速度并填在表中。 位置 A B C D E v（m/s） 0.605 0.810 1.175 1.390 (1)C点的瞬时速度为__________m/s； (2)在答题纸的坐标纸中描出C点的位置并画出小车的v-t图像______； (3)根据图像求得小车的加速度为_________m/s2。（保留三位有效数字） 【答案】(1)0.995 (2) (3)1.98 【详解】（1）相邻两个计数点间有4个未画出的点，故相邻计数点间隔对应5个打点周期。电源频率为，故相邻计数点间的时间间隔 用，两点间的平均速度近似表示打下点时的瞬时速度，则 （2）将点对应的坐标描在坐标纸上，再作一条使各数据点尽量均匀分布在其两侧的拟合直线，所得小车的图像如图所示。 （3）取拟合直线上的两点，读得时，时 由图像的斜率得，小车的加速度 8．在探究速度随时间的变化规律的实验时，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带，如图所示，并在其中取了A、B、C、D、E、F、G连续的7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，电火花计时器接220V、50Hz的交流电源。 (1)设电火花计时器的周期为T，计算F点对应的瞬时速度的表达式为______。 (2)他经过测量并计算得到电火花计时器在打B、C、D、E、F各点时物体的瞬时速度，并填入了下表中。以A点对应的时刻为时刻，在坐标系中合理选择标度，作出图像_______，并利用该图像求出物体的加速度______（保留两位有效数字）。 对应点 B C D E F 速度/（） 0.141 0.180 0.218 0.262 0.301 (3)如果当时电网中交变电流的电压变成210V，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值______（选填“受影响”或“不受影响”）。 【答案】(1) (2) 0.40 (3)不受影响 【详解】（1）每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，则相邻计数点的时间间隔为 根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段过程的平均速度，则F点对应的瞬时速度表达式为 （2）[1]根据表格数据在图像中描出对应点，作出图像如图所示 [2]根据图像的斜率表示加速度，则物体的加速度为 （3）电网中交变电流的电压变化，频率没有变化，因此并不改变电火花计时器的打点周期，故加速度的测量值不受影响。 9．打点计时器是高中物理实验中常用的实验器材，请你完成下列有关问题： (1)如图甲、乙是两种打点计时器，电源频率均为50Hz，下列说法正确的是 ； A．甲为电磁式打点计时器，乙为电火花式打点计时器 B．甲使用电源为220V交流，乙使用4～6V直流 C．甲的打点间隔为0.02s，乙的打点间隔也为0.02s (2)①从纸带上直接得到的物理量②从纸带上测量得到的物理量③通过计算能得到的物理量，以上①②③三个物理量分别是 ； A．时间间隔、位移、平均速度 B．时间间隔、瞬时速度、位移 C．位移、时间间隔、加速度 (3)利用打点计时器测量纸带的速度，基本步骤如下： A．当纸带完全通过计时器后，及时关闭开关 B．将纸带从墨粉纸盘下面穿过电火花计时器 C．用手拖动纸带运动 D．接通打点计时器开关 上述步骤正确的顺序是 。（按顺序填写编号） (4)如下图所示的纸带是某同学练习使用电火花计时器时得到的，纸带的右端先通过电火花计时器，纸带上的数字为相邻两个计数点间的距离（单位：cm），相邻两个计数点间还有4个点没有画出，打点计时器的电源频率为50Hz。从点迹的分布情况可以断定纸带的速度变化情况是__________（选填“加速”或“减速”）。 根据纸带上的数据，可以计算出纸带上的C瞬时速度是__________m/s。（计算结果保留三位有效数字） (5)在答题纸的坐标纸中描出C点的位置并画出小车的v-t图像__________，根据图像求得小车的加速度为__________；（保留三位有效数字） 【答案】(1)C (2)A (3)BDCA (4) 减速 0.995 (5) 1.98 【详解】（1）AB.甲为电火花打点计时器，甲使用电源为220V交流；乙为电磁式打点计时器，乙使用46V交流电源，故AB错误； C.电源频率为50Hz，根据 可知甲的打点间隔为0.02s，乙的打点间隔也为0.02s，故C正确。 故选C。 （2）从纸带上直接得到的物理量是时间间隔，从纸带上测量得到的物理量是位移，通过计算能得到的物理量是平均速度、瞬时速度和加速度。 故选A。 （3）利用打点计时器测量纸带的速度，将纸带从墨粉纸盘下面穿过电火花计时器，先接通打点计时器开关，然后用手拖动纸带运动，当纸带完全通过计时器后，及时关闭开关。故上述步骤正确的顺序是：BDCA。 （4）[1][2]纸带的右端先通过电火花计时器，由图中纸带点迹的分布可知，相同时间内通过的位移逐渐减小，则纸带的速度变化情况是减速。由图中纸带可知，BD间的距离为x＝19.9cm，相邻两计时点间的时间间隔为，则C点的瞬时速度为 （5）[1]画出v-t图像如图 [2]根据v-t图像可得小车的加速度为 10．某同学在做“测量直线运动物体的瞬时速度”的实验中，从打下的若干纸带中选出了如图所示的一条纸带，已知电火花打点计时器使用的电源频率为，每两个相邻计数点间有四个点没有画出，各计数点到0点的距离如纸带上所示。 (1)为了达到实验的目的，除了有打点计时器、纸带、小车、细绳、导线、低压交流电源、小木块、长木板外，还需要的仪器有（     ） A．刻度尺 B．铁架台 C．秒表 D．天平 (2)可以从打点计时器打出的纸带上直接测量得到的物理量是______（选填正确的答案标号）； A．位移 B．速度 C．加速度 D．平均速度 (3)根据纸带提供的信息，小华同学已经计算出了打下1、2、3、5、6这五个计数点时小车的速度，请你帮助他计算出打下计数点5时小车的速度______（结果保留2位有效数字）； (4)以速度ⅴ为纵轴、时间t为横轴在坐标纸上建立直角坐标系，根据表中的v、t数据，在坐标系中描点，并作出小车运动的图像： 计数点 1 2 3 4 5 6 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.36 0.44 0.44 0.49 0.57 (5)根据v-t图像可知，小车运动的加速度大小为______（结果保留2位有效数字）。 【答案】(1)A (2)A (3) (4) (5) 【详解】（1）[1]A．实验中需要刻度尺测量纸带上的点间距，故A正确； B．本实验不是探究落体运动规律，不需要铁架台，故B错误； C．打点计时器本身具有计时功能，不需要秒表，故C错误； D．本实验探究运动学规律，不需要测量质量，故D错误。 故选A。 （2）[2]可以从打点计时器打出的纸带上直接测量得到的物理量是位移和时间，速度、加速度和平均速度需要进一步计算才能获取。 故选A。 （3）[3]由题意可知，相邻两计数点间的时间间隔为 打下计数点5时小车的速度为 （4）[4]如图所示。 （5）[5]图像的斜率表示加速度，根据v-t图像可知，小车运动的加速度大小为 ▌题型03 实验创新方案 1.两种常用 DIS 测速方案 (1)方案①：光电门 + 挡光片：挡光片通过光电门，DIS 记录挡光时间，瞬时速度用平均速度近似 ，为挡光片宽度。 (2)方案②：位移传感器（发射端固定小车，接收端固定轨道一端）：DIS 连续采集位移、时间，软件自动生成、图像。 (3)解题关键点：挡光片越窄，越接近光电门位置真实瞬时速度。 2.频闪照相测小车速度 (1)频闪照相机：每隔固定时间拍摄一次物体位置，频闪周期为相邻两张照片的时间间隔。 (2)瞬时速度求解：用相邻两段位移的平均速度表示某一时刻瞬时速度 。 (3)解题关键点：频闪周期由频闪频率决定：。 11．DIS实验系统广泛应用于物理、化学、生物等学科的实验教学中，特别是在需要精确测量和数据分析的实验中更具优势。例如，在物理学科中，DIS实验系统可以用于测量物体的位移、速度、加速度等运动学参数，以及力、压力、温度等力学和热力学参数。 1. 某实验小组正在做“测量做直线运动物体的瞬时速度”和“用DIS测定运动物体的位移和速度” （1）在“用DIS测定运动物体的位移和速度”的实验中，还常用位移传感器，它是由_______和_______两部分组成。 （2）在做“测量做直线运动物体的瞬时速度”的实验过程中，用如图所示的实验装置中所用传感器的名称叫________传感器，可以测量________。实验时还需要将________输入计算机，最终获得物体的速度。 （3）该实验中选择不同宽度的挡光片，由宽变窄逐次实验，挡光片越窄，测得的平均速度________（选填“越大”或“越小”或“不变”），每次实验中应使小车从轨道的________由静止释放。其理由是保证小车________________，从而比较不同宽度挡光片测得的平均速度的差别。 （4）采用不同宽度的遮光片做了三次实验，研究小车经过光电门的瞬时速度，并对测量精确度加以比较。 次数 挡光时间内的位移 通过光电门的时间 平均速度 1 0.06 0.0692 2 A 0.0469 3 0.02 0.837 由上述表格可知，A=________，挡光片前缘经过光电门时小车的瞬时速度为________m/s。（均保留到小数点后两位） 【答案】 发射器 接收器 光电门 挡光时间 挡光片宽度 越小 同一位置 挡光片的一端到达光电门的速度相同 0.04m 0.85 【详解】（1）[1][2]在“用DIS测定运动物体的位移和速度”的实验中，还常用位移传感器，它是由发射器和接收器两部分组成； （2）[3][4][5]在做“测量做直线运动物体的瞬时速度”的实验过程中，用如图所示的实验装置中所用传感器的名称叫光电门传感器，可以测量挡光时间。实验时还需要将挡光片宽度输入计算机，最终获得物体的速度。 （3）[6][7][8]根据可知，挡光片越窄，测得的平均速度越小，为了保证小车的挡光片的一端到达光电门的速度相同，则每次实验中应使小车从轨道的同一位置由静止释放。 （4）[9]由表格可知 [10]挡光片前缘经过光电门时小车的瞬时速度为 12．光电计时器是一种常用的计时仪器，其结构如图所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当带有挡光片的小车从a、b间通过时，光电计时器就可以显示挡光片的挡光时间。一辆小车带有宽度为d的挡光片，小车做直线运动，先后通过第一个光电门和第二个光电门，光电计时器记录下的挡光时间分别为，且，挡光片从第一个光电门运动到第二个光电门的时间为。 (1)若将小车通过光电门的平均速度视为小车的瞬时速度，则挡光片___________（填“宽”或“窄”）一些更好。 (2)小车通过第一个光电门的平均速度大小为___________。 (3)若将小车通过光电门的平均速度视为小车的瞬时速度，则根据（2）中结果可得，在小车从第一个光电门到第二个光电门的过程中，小车的平均加速度大小为___________。 【答案】(1)窄 (2) (3) 【详解】（1）挡光片越窄，平均速度越接近瞬时速度；所以将小车通过光电门的平均速度视为小车的瞬时速度，则挡光片窄一些更好。 （2）小车通过第一个光电门的平均速度大小为 （3）小车通过第二个光电门的平均速度大小为 由加速度的定义式可知，小车从第一个光电门到第二个光电门的过程中，小车的平均加速度大小为 13．（1）下图（a）是用DIS测定小车起动时加速度的实验装置。 ①信号发射部分和信号接收部分组成了___________传感器，A应是信号___________部分。 ②图（b）是根据实验数据得到的速度-时间图像，据图像中数据可求出小车加速度的大小为___________。 （2）某学习小组利用如图装置可测量滑块通过某位置时的瞬时速度大小，装置用到的是___________传感器，实验中除了需要测量挡光片的宽度外，还需要获得的数据有：___________。某同学想提高测量的精度，就用一根细细的针代替原来的挡光片，结果实验结果并不理想，你认为可能的原因是：___________。 【答案】 位移 信号发射 1.25 光电门 挡光片通过光电门的时间 针过细，无法全部挡住光电门发出的光束，致使时间测量不准确 【详解】（1）[1][2]本套系统中，信号接收部分通过接收信号发射部分发出的信号时间间隔来获取物体运动的位移信息，故信号发射部分和信号接收部分组成位移传感器，A应是信号发射部分。 [3]图象的斜率表示加速度，小车加速度的大小为 （2）[4]如图装置用到的是光电门传感器。 [5]根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度，可求出滑块通过光电门的瞬时速度。即 可知实验中除了需要测量挡光片的宽度外，还需要获得的数据是挡光片通过光电门的时间。 [6]某同学想提高测量的精度，就用一根细细的针代替原来的挡光片，结果实验结果并不理想，可能的原因是：针过细，无法全部挡住光电门发出的光束，致使时间测量不准确。 14．某实验小组为测量滑块的加速度大小，设计了如下实验： ①如图所示，把两个完全相同的光电门A和B安装在气垫导轨上； ②滑块上安装一宽度为的遮光条，滑块沿倾斜导轨先后通过光电门A、B，配套的数字计时器记录了遮光条通过光电门A的时间为，通过光电门B的时间为，遮光条从开始遮住光电门A到开始遮住光电门B所经历的时间为，已知，且。 (1)滑块沿倾斜导轨做________（选填“加速”“减速”或“匀速”）直线运动。 (2)滑块通过光电门A时的速度大小________，滑块从光电门A运动至光电门B的平均加速度大小________（均用题目中给定的物理量符号表示） (3)为减小实验误差，应选择宽度较________（选填“宽”或“窄”）的遮光条进行实验。 【答案】(1)加速 (2) (3)窄 【详解】（1）遮光条通过光电门的时间越短，代表滑块的瞬时速度越大。题目中，说明滑块通过光电门B时的速度比通过A时大，因此滑块做加速直线运动。 （2）[1]滑块通过光电门A、B时的速度大小分别为， [2]滑块从光电门A运动至光电门B的平均加速度大小 （3）遮光条越窄，通过光电门的时间越短，平均速度就越接近瞬时速度，从而减小实验误差。 15．频闪摄影是研究变速运动常用的实验手段。在暗室中，照相机的快门处于常开状态，频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动的物体，于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置，它们到初始点的实际距离经过比例测算已经在图上标出，长度单位为，如图甲所示。已知频闪仪每隔0.04s闪光一次，某次闪光时小球刚好释放。    （1）根据运动学规律可计算各个位置的速度，得到如下表格，0.04s时刻小球的速度为________。 时刻 0 0.04 0.08 0.12 0.16 速度 0 0.79 1.16 1.56 （2）根据表格数据，在图乙中绘出小球下落的图像_________。 （3）根据所描绘的图像，可得小球下落的加速度大小为_________（保留三位有效数字）。 （4）若频闪仪实际闪光的时间间隔小于0.04s，测得小球下落的加速度大小比真实值________（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。 【答案】 0.40    9.67 偏小 【详解】（1）[1] 0.04s时刻小球的速度为 （2）[2]根据表格数据，在图乙中绘出小球下落的图像如图所示    （3）[3]根据所描绘的图像，可得小球下落的加速度大小为 （4）[4]若频闪仪实际闪光的时间间隔小于0.04s，根据 可知位移测量准确，但时间除大了，导致速度测量偏小，使得测得小球下落的加速度大小比真实值偏小。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $